ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Строение молекул ПАВ и основные свойства растворов этих веществ из "Пены теория и практика их получения и разрушения" Молекула ПАВ состоит из гидрофобной части и способного гидратироваться остатка — гидрофильной группы. Гидрофобную часть молекулы ПАВ обычно составляют нормальная или разветвленная парафиновая цепь либо бензольные или нафталиновые кольца с алкильными радикалами. Гидрофильными группами в молекуле ПАВ могут быть карбоксильная, сульфатная, гидроксильная, сульфонатная, полиэфирные, многократно повторяющиеся группы, содержащие азот, и др. [c.7] Вследствие такого строения молекулы ПАВ при растворении или диспергировании в жидкости сорбируются на поверхности раздела фаз, проявляя при этом ряд практически важнейших свойств способность понижать поверхностное натяжение на границе раздела жидкость — газ и жидкость — жидкость, образовывать агрегаты молекул (мицеллы) при определенной концентрации вещества, солюбилизировать нерастворимые в воде соединения и т. д. [c.7] Поверхностно-активные вещества делят на следующие группы. [c.7] Катионоактивные. Поверхностная активность этих веществ определяется катионами. Этот класс соединений включает соли аминов, четвертичные аммониевые соли, алкилпиридпновые соли и др. [c.7] Рассмотрим кратко основные свойства растворов ПАВ. [c.7] При введении в жидкость растворимых веществ, молекулы которых отличаются от молекул растворителя силами взаимного притяжения, происходит обогащение поверхностных слоев одним из компонентов раствора. Это явление, называемое адсорбцией, имеет место, когда молекулы (ионы) обладают дифильным строением, причем одна или несколько групп имеют сродство к той фазе, в которой они растворены или диспергированы, а другие группы отталкиваются от молекул растворяющей среды. [c.8] Адсорбция особенно характерна для ПАВ. Молекулы ПАВ, адсорбируясь на поверхности раздела жидкости или твердого тела с воздухом, образуют своеобразный поверхностный слой, в котором они располагаются определенным образом. Ориентация происходит так, что гидрофильная часть молекулы находится в водной фазе, а гидрофобная часть направлена в сторону органической фазы (эмульсии), газовой среды или твердой поверхности, если последняя гидро-фобна. Лишь при небольшой концентрации ПАВ в растворе молекулы могут располагаться относительно произвольно. Однако в практически применяемых растворах содержание ПАВ обычно такое, что его молекулы образуют на ио-верхнести раздела плотно упакованный слой. Считают, что в этом случае адсорбированные молекулы ориентированы перпендикулярно поверхностному слою. [c.8] Уравнение показывает, что величина адсорбции Г увеличивается с ростом поверхностной активности растворенного вещества. [c.9] Используя (1.3), легко найти, что для веществ, обладающих высокой поверхностной активностью, отношение Садс/со может достигать значений и более. Это значит, что концентрация ПАВ в поверхностном слое даже для сильно разбавленных растворов в десятки тысяч раз превышает их концентрацию в объеме раствора. [c.9] Толщина адсорбционногр слоя неионогенных ПАВ определяется размерами гидрофильной части молекулы и для большинства неионогенных ПАВ составляет примерно 10 7- 10-8 см. Ионогенные ПАВ образуют адсорбционный слой, состоящий из поверхностно-активных ионов (толщина этого слоя б ) и двойного электрического слоя противоионов (бд + бд). Таким образом, б = б б, + б п лежит в пределах 10 5ч-10-7 см (рис. 1). [c.9] Поверхностное натяжение жидкостей представляет собой работу, необходимую для образования единицы новой поверхности. [c.9] Вода обладает довольно высоким поверхностным натяжением. При растворении в ней ПАВ происходит уменьшение поверхностного натяжения, обусловленное адсорбцией. Поверхностное натяжение воды резко уменьшается уже при очень небольших концентрациях ПАВ (сотые доли граммов вещества в литре раствора). При дальнейшем увеличении концентрации ПАВ поверхностное натяжение раствора уменьшается незначительно, достигая минимального значения, которое затем остается практически постоянным. Значения поверхностного натяжения водных растворов ПАВ обычно лежат в пределах (28—36) X ХЮ Н/м. Часто на кривых а — с обнаруживается минимум, возникновение которого объясняют пересыщением раствора молекулами ПАВ при образовании мицелл [1]. [c.9] Для растворов ПАВ важно различать статическое и динамическое поверхностное натяжение. Известно, что скорость насыщения поверхностного слоя молекулами ПАВ при адсорбции зависит от природы растворенного вещества и равновесие адсорбции или равновесное значение поверхностного натяжения наступает лишь через некоторый промежуток времени, определяемый диффузионной подвижностью молекул ПАВ. Поверхностное натяжение при установившемся адсорбционном равновесии на границе раздела фаз представляет собой статическое поверхностное натяжение. Оно всегда меньше поверхностного натяжения, измеренного до установления равновесия (динамическое поверхностное натяжение). Чем быстрее протекает и заканчивается процесс формирования адсорбционного слоя, тем быстрее достигается предельное значение поверхностного натяжения. Для установления адсорбционного равновесия в некоторых Случаях, особенно в растворах белков и других высокомолекулярных соединений, требуется весьма продолжительное время, измеряемое многими часами и даже сутками. [c.9] При изучении электропроводности растворов моющих веществ был сделан вывод о том, что в водных растворах подобных веществ наряду с ионами и молекулами находятся большие заряженные агрегаты — мицеллы. Явление мицеллообразо-вания присуще всем группам ПАВ. [c.10] Изменение структуры растворов, связанное с образованием мицелл, происходит при достижении определенной концентрации вещества, характерной для каждого вида ПАВ и называемой критической концентрацией мицеллообразова-ния (ККМ). области ККМ происходит резкое изменение свойств растворов ПАВ поверхностного натяжения, электропроводности, плотности, моющего действия и др. (рис. 2). [c.10] Предполагают, что в разбавленных растворах образуются сферические мицеллы, имеющие небольшие размеры, а в более концентрированных — пластинчатые [2]. Последние построены из слоев ориентированных молекул, причем гидрофильные группы граничных слоев направлены в сторону раствора. Согласно представлениям Хартли [3], мицеллы имеют сферическую форму и содержат до 50 дифильных ионов. Гидрофобные цепи обращены внутрь мицеллы, а гидрофильные группы — наружу. Вокруг такой сферической мицеллы располагаются вротивоионы. [c.10] Сведения о числе молекул, составляющих мицеллу, противоречивы. Это объясняется, по-видимому, зависимостью мицеллообразования от условий эксперимента. В среднем можно считать, что мицеллы содержат от нескольких десятков до сотен молекул (в зависимости от вида моющего вещества). С увеличением общей концентрации ПАВ происходит не столько увеличение числа мицелл, сколько изменение их размеров и формы вследствие роста числа молекул в мицелле. [c.10] Вернуться к основной статье